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KR20030039496A - 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템 - Google Patents

전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템 Download PDF

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KR20030039496A
KR20030039496A KR1020010070435A KR20010070435A KR20030039496A KR 20030039496 A KR20030039496 A KR 20030039496A KR 1020010070435 A KR1020010070435 A KR 1020010070435A KR 20010070435 A KR20010070435 A KR 20010070435A KR 20030039496 A KR20030039496 A KR 20030039496A
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Abstract

전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템이 개시된다. 개시된 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템은, 충전, 방전, 및 레스트 사이클 등의 전체적인 시험 시퀀스를 제어토록 하는 메인 컨트롤러와; 상기 메인 컨트롤러의 신호에 따라 프로그램된 방전 패턴에 따라 배터리의 방전을 실시하고, 문제점 발생시 방전이 중단되도록 제어하는 충방전 시험장치와; 전기자동차의 주행모드 설정 및 충전모드를 인식하는 인버터 및 모터 컨트롤 유니트와, 12V 전원공급 및 보조 배터리 충전이 이루어지도록 하는 DC-DC 컨버터와, 충전모드 설정 및 충전실시가 이루어지도록 하는 탑재형 차저를 구비하여 된 전기자동차 제어 유니트와; 자동적으로 회로 차단이 이루어질 수 있도록 구비된 컨택터 박스와; 상기 전기자동차에 장착된 배터리의 모든 성능 상태를 감지하여 이를 관리토록 이루어진 배터리 관리장치와; 상기 배터리의 충전 및 방전 사이클링 시퀀스에 대한 정보 및 현재 시험 상태를 표시하는 시험 정보 디스플레이 패널과; 충전 모드 시작 릴레이와 AC220V를 탑재형 충전장치에 연결함으로 상기 제어 유니트와 배터리 관리장치가 충전 모드로 동작할 수 있게 설정하는 AC 릴레이와; 모든 신호선을 집중하여 분배하고, 시험 중 각종 신호를 측정코자 할 경우 테스트 포인트로 사용하는 접합 박스와; 상기 배터리 충전 및 방전 사이클링에 관한 상기 배터리 관리장치의 시험 데이터를 디스플레이 및 저장하는 컴퓨터;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 전기자동차의 배터리 관련 모든 시험이 지속적으로 이루어질 수 있는 이점이 있다.

Description

전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템{SYSTEM FOR MANAGING AND TESTING BATTERY FOR ELECTRIC VEHICLES}
본 발명은 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기자동차용 배터리 자체와, 이와 에너지의 입출력 관계를 가진 모든 시스템과, 배터리 관리장치 또는 시스템(Battery Management System)과, 통신관계가 설정된 모든 시스템(예컨대, 배터리, 배터리 관리장치, 충전장치, 메인 컨트롤러 등)의 통합시험을 실시할 수 있는 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템에 관한 것이다.
일반적인 휴대폰, 캠코더와 같은 전자제품의 발달로 인하여 금 반세기 동안 배터리 소모량은 비약적으로 늘었다. 또한 이러한 배터리의 제작 기술도 여러 가지 재료의 개발로 인하여 성능면에서 높은 발전을 이루었다.
이런 상용전자제품의 배터리는 크기 및 무게를 줄이면서 용량을 높이고 에너지 밀도를 높여 왔다. 하지만 이런 비약적인 발전은 고성능의 배터리를 만들기 위하여 신소재를 이용 배터리를 제작하게 되었고, 이런 배터리의 성능유지를 위하여 특별한 관리 장치의 필요성을 증가시키고 있다.
배터리 관리장치는 휴대폰에 들어가는 아주 작은 관리장치에서부터 자동차에 들어가는 중형크기 정도의 관리장치에서 대용량과 안정도가 무척이나 중요한 원자력발전소용 무정전 전력공급장치에 쓰이는 관리장치 등 많은 부분에서 사용되어 지고 있다.
전기자동차에서 배터리는 현재 10개의 단위 셀(cell)이 한 모듈로 연결되어 배터리 모듈이 되고 이런 모듈을 20-30개 많게는 50개 이상 사용하여 차량에 적용시키고 있다. 이런 모듈을 관리하는데 있어서 가장 좋은 방법은 각 셀 당 전압 및 온도를 측정하여 적절하게 충전 및 방전을 시켜주는 것이 최상의 방법이나 수백개의 셀(cell)의 전압 및 온도 측정을 하나의 ECU(Electric control Unit)으로 측정하는 것은 사실 불가능하다. 이에 적절한 수준에서 전압 및 온도를 측정하여 이를 이용 배터리 관리 장치에서는 적절한 운용을 하게 된다.
전기자동차 배터리 관리장치는 그 적용 제한성 때문에 차량에 장치하여 지속적인 시험을 하여 그 성능 및 관리장치로서의 안정도를 검정 받아야 한다. 특히, 충전 및 방전의 적정한 정도, 배터리의 자기방전 및 기타 여러 가지 이유로 인한 자체 용량의 변화, 전기적인 충격에 의한 내부 오손 및 내부온도의 변화에 따른 용량변화 등을 배터리 관리장치는 감지 및 평가를 내려야한다.
하지만 현재 전기자동차는 제작하는데 시간이 많이 걸리고 또한 시험시 기타 다른 구동 장치의 한계로 인하여 지속적인 시험을 하기는 어렵다. 이에 차량시스템과 유사한 시험장치는 필수적이고 어느 정도 실제에 근접하느냐가 이 장치의 신뢰성을 높여주게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 전기자동차와 유사한 차량시스템을 구성하고, 여러 종류의 배터리를 지속적인 시험이 이루어지도록 하며, 장치의 간단한 변경으로 다른 시스템과의 연관성을 검정토록 한 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템의 구성을 개략적으로 나타내 보인 블록도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10. 전기자동차 제어 유니트
20. 배터리 관리장치
30. 시험 정보 디스플레이 패널
40. AC 릴레이
50. 컴퓨터
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템은, 충전, 방전, 및 레스트 사이클 등의 전체적인 시험 시퀀스를 제어토록 하는 메인 컨트롤러와; 상기 메인 컨트롤러의 신호에 따라 프로그램된 방전 패턴에 따라 배터리의 방전을 실시하고, 문제점 발생시 방전이 중단되도록 제어하는 충방전 시험장치와; 전기자동차의 주행모드 설정 및 충전모드를 인식하는 인버터 및 모터 컨트롤 유니트와, 12V 전원공급 및 보조 배터리 충전이 이루어지도록 하는 DC-DC 컨버터와, 충전모드 설정 및 충전실시가 이루어지도록 하는 탑재형 차저를 구비하여 된 전기자동차 제어 유니트와; 자동적으로 회로 차단이 이루어질 수 있도록 구비된 컨택터 박스와; 상기 전기자동차에 장착된 배터리의 모든 성능 상태를 감지하여 이를 관리토록 이루어진 배터리 관리장치와; 상기 배터리의 충전 및 방전 사이클링 시퀀스에 대한 정보 및 현재 시험 상태를 표시하는 시험 정보 디스플레이 패널과; 충전 모드 시작 릴레이와 AC220V를 탑재형 충전장치에 연결함으로 상기 제어 유니트와 배터리 관리장치가 충전 모드로 동작할 수 있게 설정하는 AC 릴레이와; 모든 신호선을 집중하여 분배하고, 시험 중 각종 신호를 측정코자 할 경우 테스트 포인트로 사용하는 접합 박스와; 상기 배터리 충전 및 방전 사이클링에 관한 상기 배터리 관리장치의 시험 데이터를 디스플레이 및 저장하는 컴퓨터;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다. 여기에서는 일반적인 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템의 구성 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 구성만을 설명하기로 한다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템은, 도면에는 전부 도시하지는 않았지만, 충전, 방전, 및 레스트 사이클(restcycle) 등의 전체적인 시험 시퀀스(sequence)를 제어토록 하는 메인 컨트롤러(main controller)와, 이 메인 컨트롤러의 신호에 따라 프로그램된 방전 패턴에 따라 배터리의 방전을 실시하고, 문제점 발생시 방전이 중단되도록 제어하는 충방전 시험장치와, 배터리는 물론 워터 펌프(water pump), 라디에이터 팬(radiator fan) 및 기타 전장품류가 구비된 전기자동차의 주행모드 설정 및 충전모드를 인식하는 인버터 및 모터 컨트롤 유니트(11)와, 12V 전원공급 및 보조 배터리 충전이 이루어지도록 하는 DC-DC 컨버터(12)와, 충전모드 설정 및 충전 실시가 이루어지도록 하는 탑재형 차저(charger)(13)를 구비하여 된 전기자동차 제어 유니트(10)와, 자동적으로 회로 차단이 이루어질 수 있도록 구비된 컨택터 박스(contactor box)와, 전기자동차에 장착된 배터리의 모든 성능 상태를 감지하여 이를 관리토록 이루어진 배터리 관리장치(20)와, 배터리의 충전 및 방전 사이클링 시퀀스(cycling sequence)에 대한 정보 및 현재 시험 상태를 표시하는 시험 정보 디스플레이 패널(display panel)(30)과, 충전 모드 시작 릴레이(relay)와 AC220V를 탑재형 충전장치에 연결함으로 상기 전기자동차 제어 유니트(10)와 배터리 관리장치(20)가 충전 모드로 동작할 수 있게 설정하는 AC 릴레이(40)와, 모든 신호선을 집중하여 분배하고, 시험 중 각종 신호를 측정코자 할 경우 테스트 포인트(test point)로 사용하는 접합 박스(junction box)와, 상기 배터리 충전 및 방전 사이클링에 관한 배터리 관리장치의 시험 데이터를 디스플레이 및 저장하는 컴퓨터(50)를 포함하여 구성된다.
상기 메인 컨트롤러는 시스템의 가동상태를 모니터링(monitoring)하고, 이 가동상태를 표시토록 이루어진다.
그리고 상기한 모든 시험 테스트 구성요소 및 주변장치를 고정 및 설치되게 하는 테스트 리그(test rig)가 구비된다.
또한 상기 컴퓨터(50)는 일반적인 PC(Personal Computer)를 포함한다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다. 여기에서는 일반적인 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템의 작용 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 작용만을 설명하기로 한다.
도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템은, 전기자동차에서의 배터리 시스템과 에너지 및 통신 입/출력 관계가 설정된 모든 시스템이 통합적으로 설정된 환경에서 실제 필드(field)에서 발생하는 배터리 충전 및 방전 환경을 실험실 수준(level)에서 구현 시험하는 장비이다.
그리고 이 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템은, 실험실에서 실제 차량 수준의 시험전 실차 상태에 가장 근접한 환경에서 컨트롤 로직의 구현성, 신뢰성, 및 안정성을 확보하기 위해 요구되는 시험장치이다.
이와 같은 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템이 실시할 수 있는 시험은, 배터리 관리장치(20) 및 모든 시스템의 실 부하 조건(환경)에서의 배터리 종합시험과, 무인 배터리(manless battery) 충전 및 방전과, 장기간 사이클링(long-term cycling)(내구검증) 시험을 할 수 있다.
그리고 배터리 관리장치(20)의 배터리 장기 제어성능 검증 및 제어변수 데이터 추출과, 가상 조건에서의 배터리 관리장치(20) 제어에 의한 배터리 성능 특성변화 확인 검증과, 배터리 관리장치(20) 및 전기자동차 제어 유니트(10) 간의 인터페이스 매칭(interface matching) 성능 시험 및 검증(파워 인터페이스(power interface), 통신(communication) 인터페이스)을 할 수 있다.
또한, 실 부하 상태 배터리 컨트롤 이펙트(battery control-effect)를 베이스(base)로 한 제어 알고리즘(로직) 설계용으로 이용할 수 있고, 실험 데이터베이스 빌드 업(build-up) 기능이 구비된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템은 다음과 같은 효과를 갖는다.
기존 장치들을 간단히 변경하여 매칭함으로써, 전기자동차용 배터리 자체와 이와 에너지의 입출력 관계를 가진 모든 시스템, 배터리 관리장치, 통신관계가 설정된 모든 시스템(배터리, 배터리 관리장치, 충전장치, 및 메인 컨트롤러 등)의 통합시험 등을 지속적으로 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 다른 시스템과의 연관성을 검정할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 충전, 방전, 및 레스트 사이클 등의 전체적인 시험 시퀀스를 제어토록 하는 메인 컨트롤러와;
    상기 메인 컨트롤러의 신호에 따라 프로그램된 방전 패턴에 따라 배터리의 방전을 실시하고, 문제점 발생시 방전이 중단되도록 제어하는 충방전 시험장치와;
    전기자동차의 주행모드 설정 및 충전모드를 인식하는 인버터 및 모터 컨트롤 유니트와, 12V 전원공급 및 보조 배터리 충전이 이루어지도록 하는 DC-DC 컨버터와, 충전모드 설정 및 충전실시가 이루어지도록 하는 탑재형 차저를 구비하여 된 전기자동차 제어 유니트와;
    자동적으로 회로 차단이 이루어질 수 있도록 구비된 컨택터 박스와;
    상기 전기자동차에 장착된 배터리의 모든 성능 상태를 감지하여 이를 관리토록 이루어진 배터리 관리장치와;
    상기 배터리의 충전 및 방전 사이클링 시퀀스에 대한 정보 및 현재 시험 상태를 표시하는 시험 정보 디스플레이 패널과;
    충전 모드 시작 릴레이와 AC220V를 탑재형 충전장치에 연결함으로 상기 제어 유니트와 배터리 관리장치가 충전 모드로 동작할 수 있게 설정하는 AC 릴레이와;
    모든 신호선을 집중하여 분배하고, 시험 중 각종 신호를 측정코자 할 경우 테스트 포인트로 사용하는 접합 박스와;
    상기 배터리 충전 및 방전 사이클링에 관한 상기 배터리 관리장치의 시험 데이터를 디스플레이 및 저장하는 컴퓨터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 컨트롤러는 시스템의 가동상태를 모니터링하고, 상기 가동상태를 표시토록 이루어진 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모든 시험 테스트 구성요소 및 주변장치를 고정 및 설치되게 하는 테스트 리그를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 관리 및 시험 시스템.
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